JP2013051165A

JP2013051165A - 透過型ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP2013051165A
Application number: JP2011189224A
Authority: JP
Inventors: Takao Ogura; 孝夫小倉; Miki Tamura; 美樹田村; Tamayo Hiroki; 珠代廣木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-14
Also published as: US20140362972A1; WO2013032020A2; WO2013032020A3

Abstract

【課題】透過型ターゲットで反射した電子を有効利用することによりＸ線発生効率を向上させることができる透過型Ｘ線発生装置１０を提供する。
【解決手段】周囲を電子通過路形成部材３で囲むことにより形成された電子通過路４を介して電子を透過型ターゲットに照射してＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生装置１０において、前記電子通過路４内に設けられた副Ｘ線発生面５に前記透過型ターゲットで反射された電子が照射されることにより発生するＸ線を外部に取出し可能とすると共に、前記透過型ターゲットの構成材料と、前記電子通過路形成部材３の少なくとも前記副Ｘ線発生面５の構成材料とを、原子番号が４０以上の同じ材料とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療分野及び工業分野における診断や非破壊検査のためのＸ線撮影等に適用できる透過型Ｘ線発生装置に関する。

透過型ターゲットに電子を照射してＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生装置は、装置の小型化に適しているが、Ｘ線の発生効率が極めて低い。これは、電子束を高エネルギーに加速し透過型ターゲットに照射してＸ線を発生させる際、衝突する電子のエネルギーの約１％以下がＸ線となり、残りの約９９％以上が熱となるためである。このため、Ｘ線発生効率の向上が求められている。

特許文献１には、電子源とターゲットの間に、電子源からターゲットに向かって開口径を絞った円錐型チャンネルを有する陽極部材を配置し、電子をチャンネル表面で弾性散乱させターゲットに入射させることでＸ線発生効率を向上させたＸ線管球が開示されている。

特開平９−１７１７８８号公報

従来の透過型Ｘ線発生装置では、透過型ターゲットに電子が衝突する際には反射電子が発生するが、大部分の反射電子はＸ線の発生に寄与しない。そのため、入力電力に対するＸ線発生効率が十分ではなかった。

そこで、本発明は、透過型ターゲットで反射した電子を有効利用することによりＸ線発生効率を向上させることができる透過型Ｘ線発生装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のＸ線発生装置は、周囲を電子通過路形成部材で囲むことにより形成された電子通過路を有し、
前記電子通過路を介して電子を透過型ターゲットに照射してＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生装置であって、
前記透過型ターゲットは、照射された電子の一部を反射し、
前記電子通過路内に電子の照射によりＸ線を生じる副Ｘ線発生面を有し、
前記副Ｘ線発生面と前記透過型ターゲットとは、前記透過型ターゲットに直接電子が照射されることにより発生するＸ線と、前記副Ｘ線発生面に前記透過型ターゲットで反射された電子が照射されることにより発生するＸ線とが重畳されて外部に取出し可能となるように配置され、
前記透過型ターゲットの構成材料と、前記電子通過路形成部材の少なくとも前記副Ｘ線発生面の構成材料とが、原子番号が４０以上の同じ材料であることを特徴とする。

本発明によれば、透過型ターゲットで発生するＸ線に加えて、透過型ターゲットで発生した反射電子が電子通過路形成部材に照射されることで発生するＸ線を外部に取り出すことができる。また、少なくとも電子通過路形成部材の副Ｘ線発生面の構成材料が、原子番号が４０以上の材料であることにより反射電子の照射により生じるＸ線量が多くなる。しかも、透過型ターゲットの構成材料と、少なくとも電子通過路形成部材の副Ｘ線発生面の構成材料とが同じ材料であるので発生するＸ線の特性が等しくなる。これにより、有効利用しやすいＸ線発生効率を向上させることができる。

本発明の透過型Ｘ線発生装置に用いる透過型Ｘ線発生管の模式図である。図１に示されるターゲット部の拡大模式図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。図１に示されるアノードを示す模式的拡大断面図である。本発明に用いるアノードの第二の例を示す模式的断面図である。本発明に用いるアノードの第二の例の変形例を示す模式的断面図である。本発明に用いるアノードの第三の例を示す図で、（ａ）は模式的断面図、（ｂ）はターゲット部の模式的平面図である。図６に示されるターゲット部の変形例を示す模式図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。本発明の透過型Ｘ線発生装置の一例を示す模式図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。尚、本発明のＸ線発生装置は、中性子線等の他の放射線を発生させるものをも含む。

〔第１の実施形態〕
図１は本発明に用いる透過型Ｘ線発生管の模式図、図２は図１に示されるターゲット部の拡大図である。

真空容器９は、透過型Ｘ線発生管１０の内部を真空に保つためのもので、ガラスやセラミクス材料等が用いられる。真空容器９内の真空度は１０^-4〜１０^-8Ｐａ程度である。真空容器９は開口部を有しており、その開口部には電子通過路４を形成するための電子通過路形成部材３が接合されている。図１及び図２に示されるように、この電子通過路４の端面に、透過型ターゲット１（以下、単にターゲット１と略す）と支持基板２からなるターゲット部１７が接合されることにより真空容器９が密閉される。ターゲット１は、電子通過路形成部材３と電気的に導通している。また、真空容器９には不図示の排気管を設けても良い。排気管を設けた場合、例えば排気管を通じて真空容器９内を真空に排気した後、排気管の一部を封止することで真空容器９の内部を真空にすることができる。真空容器９の内部には真空度を保つために、不図示のゲッターを配置しても良い。

電子放出源６は、真空容器９の内部に、ターゲット１に対向して配置されている。電子放出源６にはタングステンフィラメントや、含浸型カソードのような熱陰極、又はカーボンナノチューブ等の冷陰極を用いることができる。電子放出源６より放出された電子線１１は、電子通過路形成部材３により形成された電子通過路４の一端から入射して電子通過路４内を通過し、電子通過路４の他端側に設けられたターゲット１に照射される。ターゲット１に電子線１１が照射されることにより、Ｘ線１３が発生し、発生したＸ線は真空容器９の外部に取出される。透過型Ｘ線発生管１０には、引出し電極７と集束電極８が設けられている。引出し電極７によって形成される電界によって電子放出源６から電子が放出され、放出された電子は集束電極８で収束され、ターゲット１に入射する。このとき、電子放出源６とターゲット１との間に印加される電圧Ｖａは、Ｘ線の使用用途によって異なるものの、概ね４０ｋＶ〜１５０ｋＶ程度である。

ターゲット１は、支持基板２の電子放出源側の面に配置されている。ターゲット１と電子放出源６の間には、電子通過路形成部材３が配置され、周囲を電子通過路形成部材３で囲むことにより両端が開口した電子通過路４が形成されている。電子通過路形成部材３の内壁面は、副Ｘ線発生面５となっている。副Ｘ線発生面５は、電子通過路形成部材３の内壁面の一部として形成されていても良いし、電子通過路形成部材３の表面に電子通過路形成部材３とは別部材で形成されていても良い。

図１及び図２の構成において、電子放出源６から放出された電子線１１は、電子通過路４を介してターゲット１に衝突する。加速された電子がターゲット１に衝突することでＸ線が発生し、この時発生したＸ線は、支持基板２を透過して透過型Ｘ線発生管１０の外部に放出される。また、ターゲット１に電子が衝突した際には、Ｘ線が発生するとともに、反射電子も発生する。ターゲット１は原子番号が４０以上の材料（金属）で構成されるため、電子の反射率は２０〜６０％と比較的大きい。ターゲット１で生成された反射電子は、副Ｘ線発生面５に衝突しＸ線を発生する。この時発生したＸ線（以下、「副Ｘ線」という）は、支持基板２を透過して透過型Ｘ線発生管１０の外部に放出される。即ち、副Ｘ線発生面５に反射電子が照射されることで生じるＸ線の少なくとも一部が、ターゲット１に直接電子が照射されたことで生じるＸ線に重畳されて、支持基板２を透過して透過型Ｘ線発生管１０の外部に放出される。

図３に示すように、本例のアノード１６は、ターゲット部１７（ターゲット１、支持基板２）、電子通過路形成部材３、遮蔽部材１８により構成される。

ターゲット１の材料は、通常、原子番号２６以上の金属材料を用いることができる。より好適には、熱伝導率が大きく、比熱が大きいものほど良い。また、ターゲット１の膜厚は、発生したＸ線が透過する厚さでなければならず、加速電圧によって電子線浸入深さすなわちＸ線の発生領域が異なるため最適な値は異なるが、１μｍ〜１５μｍである。支持基板２はダイヤモンド等を用いることができ、その厚みは、０．５ｍｍ〜５ｍｍが適当である。

遮蔽部材１８は、必須の部材ではないが、前方（ターゲット１から電子放出源６とは反対の方向）へ向かって放出されたＸ線のうち、必要とされるＸ線を開口から取り出し、不要なＸ線を遮蔽する機能を有する。遮蔽部材１８に用いることができる材質は、４０ｋＶ〜１５０ｋＶで発生するＸ線を遮蔽できるものであれば良く、Ｘ線の吸収率が高く、かつ熱伝導率の高いものが好ましい。好適には、ターゲット１にタングステンを用いた場合、遮蔽部材１８にはタングステン、タンタル等、またはこれらの合金材料を用いることができる。ターゲット１にモリブデンを用いた場合、遮蔽部材１８にはタングステン、タンタルの他、モリブデン、ジルコニウム、ニオブ等を用いることができる。

遮蔽部材１８の開口の形状は、円形であっても角形であっても良い。遮蔽部材１８の開口の大きさは、少なくとも必要なＸ線が取り出せる大きさが必要である。開口の形状が円形の場合には直径０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、開口の形状が角形の場合には１辺が０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。これは、０．１ｍｍ以下では実質的に撮像時のＸ線量が少なくなり使用しにくく、３ｍｍ以上では実質的に遮蔽体１８への放熱効果が得られにくいからである。

また、遮蔽部材１８の開口は、前方に向かって徐々に広がっていることが望ましい。すなわち、遮蔽部材１８のターゲット側開口端から、遮蔽部材１８のターゲット１とは反対側の開口端に向かって徐々に広がっていることが望ましい。これは、ターゲット側開口端が狭いとターゲット１で発生した熱がより速やかに遮蔽部材１８に伝わって放熱でき、かつターゲット１とは反対側の開口端が広いと撮像時のＸ線の照射領域を広くすることができるからである。

遮蔽部材１８の厚さａは、発生したＸ線を実質的に問題ない範囲まで減少させる遮蔽効果を有する厚さであれば良い。この厚さは、発生するＸ線のエネルギーによって異なる。例えば、Ｘ線のエネルギーが３０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶの場合、遮蔽効果の大きいタングステンでも、少なくとも１ｍｍ〜３ｍｍは必要である。Ｘ線を遮蔽する観点からはこれ以上の厚さであれば問題ないが、熱容量、コスト、重量の観点からは３ｍｍ〜１０ｍｍがより好ましい。

電子通過路形成部材３は、副Ｘ線発生面５として機能する以外に、後方（ターゲット１から電子放出源側に向かう方向）へ向かって放出されるＸ線を遮蔽する機能を有する。但し、電子通過路形成部材３の開口を通過して電子放出源側に放出されるＸ線は遮蔽できないため、別途遮蔽手段を設けてもよい。

ターゲット１で反射した反射電子により発生する副Ｘ線を効率的に発生させると共に、ターゲット１で発生するＸ線と特性を等しくするためには、ターゲット１の材料と、少なくとも電子通過路形成部材３の副Ｘ線発生面５の構成材料との組み合わせが重要である。

ターゲット１に衝突した電子の一部は、入射した時のエネルギーの一部を失い、反射電子となって、電子通過路形成部材３の副Ｘ線発生面５に衝突する。ターゲット１に直接衝突する電子には所望の電圧が印加されているが、反射電子はエネルギーの一部を失って、ターゲット１への入射電圧以下の電圧になっている。Ｘ線の発生は、電圧、電流、電子線が照射される材料によって影響を受けるため、反射電子によるＸ線の発生効率を高めるためには、少なくとも電子通過路形成部材３の副Ｘ線発生面５を構成する材料は、原子番号が４０以上の材料であることが必要である。また、ターゲット１で発生するＸ線と特性を等しくするためには、少なくとも電子通過路形成部材３の副Ｘ線発生面５を構成する材料はターゲット１の材料と同じ材料であることが必要である。ターゲット１の材料と電子通過路形成部材３の材料としては、Ｍｏ、Ｗ、ランタノイドのいずれかを好ましく用いることができる。

本例の電子通過路形成部材３と副Ｘ線発生面５は一体的に同じ材料で構成されているが、電子通過路形成部材３の上に電子通過路形成部材３とは異なる材料の副Ｘ線発生面５が形成されていてもよい。例えば、ターゲット１の材料と副Ｘ線発生面５の構成材料をＷとし、電子通過路形成部材３の材料を銅（Ｃｕ）とすることができる。このとき、副Ｘ線発生面５の厚みは、電子の侵入長以上であることが好ましく、１μｍ〜１００μｍが好ましい。

ここで、副Ｘ線発生面５が形成される領域の好ましい範囲について説明する。図３において、電子通過路４の断面形状を円形とした場合、その大きさ（半径＝Ｒ）と電子通過路４の路長Ｚ（副Ｘ線発生面５のターゲット１からの形成距離）の好ましい範囲について述べる。路長Ｚの好ましい範囲は、ターゲット１で発生した反射電子の周辺部への到達密度分布を考慮して設定することができる。ターゲット１で反射した反射電子の到達点は、ターゲット１からの距離Ｚが２Ｒ以下の電子通過路内の周辺部表面に多く存在し、全体の８０％程度が存在する。また、距離Ｚが４Ｒ以下では全体の９５％程度が存在する。さらに、距離Ｚが２０Ｒになると、反射電子の到達密度は、ほぼゼロに集束する。従って、電子通過路４の開口幅（電子通過路形成部材３の開口の大きさ）を２Ｒとした時に、距離Ｚが少なくとも２Ｒ以下、好ましくは４Ｒ以下の領域には副Ｘ線発生面５が形成されていることが望ましい。従って、電子通過路形成部材３の開口の大きさ２Ｒと電子通過路の路長Ｚは（２Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。さらに、好ましくは、（４Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。本実施形態では、路長Ｚは電子通過路形成部材３の厚さｂに等しい。

一方、電子通過路４の開口の大きさは、少なくとも電子線１１がこの開口の中に入る大きさが必要である。その大きさは、電子放出源６の種類や集束電極８の種類により電子線１１の集束状態が異なるため一意的には決まらないが、電子通過路４の断面形状を円形とすると、その直径は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍであることが好ましい。また、電子通過路形成部材３の厚さｂは、Ｘ線の遮蔽効果を得るためには１ｍｍ以上は必要であることから、１ｍｍ〜２５ｍｍが好適である。

電子通過路形成部材３の開口の形状は、円形以外に正多角形とすることもできる。これは、電子線１１の断面の形状が、円形または四角形であることが多く、ターゲット１の電子線照射領域から電子通過路形成部材３までの距離をできるだけ等しくするためである。

遮蔽部材１８とターゲット部１７との接合及びターゲット部１７と電子通過路形成部材３との接合は、ロウ附けや、機械的な加圧、ねじ締め等により行うことができる。

次に、図４を用いて第二の例に係るアノード１６の構成及びＸ線の発生メカニズムについて説明する。

図４に示されるように、電子通過路４の断面積は、ターゲット１に向かって連続的に拡大している。具体的には、本例の電子通過路１のターゲット１側は、すり鉢状又はラッパ状にターゲット１に向かって連続的に拡大している。また、電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁面は、副Ｘ線発生面５となっている。尚、電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁面の少なくとも一部が副Ｘ線発生面５となっていれば良い。

次に、電子通過路４の好ましい形状について説明する。副Ｘ線発生面５とターゲット１とのなす角度θの好ましい範囲について述べる。θ＞９０°では、発生したＸ線１５の多くが副Ｘ線発生面５内を通過中に吸収され、外部にはわずかしか放出されない。θ＝９０°では、発生したＸ線１５の半分程度が副Ｘ線発生面５内で吸収される。θ＜９０°では、発生したＸ線１５の多く（少なくとも半分程度以上）が吸収されずに外部に放出される。よって、θ＜９０°、即ち電子通過路４のターゲット１側の端部における断面積が、ターゲット１とは反対側に比して拡大した形状とすることで、発生したＸ線１５が副Ｘ線発生面５内で吸収される割合を低減し、Ｘ線１５の取り出し量を増大できる。

また、Ｘ線強度の出射角度依存を考慮して、角度θの好ましい範囲を設定することもできる。一般に１０ｋＶ〜２００ｋＶに加速された電子は、入射角度に強く依存することなく、副Ｘ線発生面５の数μｍ程度内部に侵入するため、副Ｘ線も副Ｘ線発生面５表面から数μｍ程度内側で多く発生する。発生する副Ｘ線は様々な角度に放出されるが、副Ｘ線の出射角度φ（副Ｘ線発生面５の表面からの角度）が小さい場合、副Ｘ線発生面５内部を通過する距離が長くなる。そのため、例えばφ＜５°では、φが小さくなるに従って、Ｘ線強度が急激に小さくなる。従って、Ｘ線強度の出射角度依存性を考慮して出射角度の下限をφ₀とした場合、角度θの好ましい範囲は、前述の好ましい範囲と合わせると、θ＜９０−φ₀となる。φ₀を５°とすると、θ＜８５°となる。また、ターゲットで反射された電子を内壁面に効率良く衝突させるための限界値を考慮すると、θの下限は１０°＜θとなる。よって、角度θの好ましい範囲は１０°＜θ＜８５°である。

図１〜図３で説明した第一の例に係るアノード１６と同様に、本例においても、電子通過路４の開口の大きさ２Ｒと副Ｘ線発生面５のターゲット１からの形成長さＺは（２Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。さらに、好ましくは、（４Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。

尚、図４では、副Ｘ線発生面５は電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁全面に形成されているが、副Ｘ線発生面５は必ずしも電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁全面に形成されていなくても良い。少なくとも上記好ましい距離Ｚの範囲を含む領域に形成されていれば良い。

また、電子通過路４内に設けられた副Ｘ線発生面５に、反射電子１２を衝突させて副Ｘ線を発生させ、副Ｘ線を透過型Ｘ線発生管１０（図１参照）の外部に取り出す構成とするためには、副Ｘ線発生面５とターゲット１を次のように配置すれば良い。例えば、副Ｘ線発生面５を、ターゲット１の電子が照射される側の上方を覆うように張り出して配置すれば良い。他にも、ターゲット１に直接電子が照射されることにより発生するＸ線と副Ｘ線とが重畳されて外部に取出し可能となるように、副Ｘ線発生面５とターゲット１を配置すれば良い。この配置の場合、ターゲット１としては、照射された電子の２０％〜６０％を反射する材料を用いることができる。これらの配置の場合でも、副Ｘ線発生面５は、電子通過路形成部材３と同じ材料で形成されていても良いし、電子通過路形成部材３とは異なる材料で形成されていても良い。

副Ｘ線発生面５の形態は、副Ｘ線発生面５に反射電子が照射されることで生じたＸ線であって、ターゲット１の電子が照射される領域を透過するＸ線量を増大させる形態としておくことが好ましい。

図４に示される例で用いられるターゲット１、支持基板２、電子通過路形成部材３の材料や形状は図１〜図３で説明した第一の例と同じである。また、第一の例に係るアノード１６と同様に、電子通過路形成部材３の表面に電子通過路形成部材３とは異なる材料の副Ｘ線発生面５が形成されていてもよい。

以上、本例によれば、ターゲット１で発生するＸ線１４に加えて、ターゲット１で発生した反射電子１２により発生するＸ線１５も、効率良く取り出す構成とすることにより、Ｘ線発生効率を向上させることが可能となる。

図５は、上記第二の例の変形例を示している。この例では、電子通過路形成部材３に形成された電子通過路４の形状が、上記第二の例と異なっている。即ち、本例における電子通過路４は、ターゲット１側が半球状となっている。電子通過路形成部材３及び電子通過路４の形状以外は、上記第二の例と同様とすることができる。この場合も上記第二の例と同様の効果が得られる。

図６は、第三の例に係るアノード１６を示している。アノード１６は、Ｘ線透過窓を兼ねる支持基板２と、導電層６０と、ターゲット１と、電子通過路形成部材３とで構成される。

支持基板２は、ダイヤモンド、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化アルミ、窒化アルミ、グラファイト、ベリリウム等を用いることができる。より好ましくは、Ｘ線の透過率がアルミニウムよりも小さく熱伝導率がタングステンよりも大きい、ダイヤモンドが望ましい。支持基板２の厚さは、材料によって異なるが、０．３ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。

導電層１９は、電子線１１がターゲット１に照射され、電子によるターゲット部１７のチャージアップを防ぐ目的で設けられるため、導電性を有するものであれば良く、多くの金属材料又は炭化物、酸化物等を用いることができる。支持基板２への導電層１９の成膜は、スパッタ、蒸着によって行われる。支持基板２がグラファイトやベリリウムのような導電体、又は絶縁体に添加物によって導電性を付与できる材料であれば、導電層１９は不要である。しかし、通常、市販されているダイヤモンドのような絶縁体では、導電性がないため、導電層１９を設ける必要がある。また、導電層１９を設けることにより、導電層１９を介してターゲット１に電圧を供給することもできる。

導電層１９がターゲット部１７のチャージアップを防ぐことのみを目的とするのであれば、導電性を有していれば、材料の種類や厚さに何ら制限はない。しかし、本実施形態では、導電層１９には、電子通過路形成部材３に形成された電子通過路４の内壁面で発生する副Ｘ線を外部に取り出すための機能を持たせることを目的としているため、材料の種類や厚さについても影響を受ける。

本例で用いられるターゲット１及び電子通過路形成部材３の材料や形状は前記第一の例に係るアノード１６と同じである。また、第一の例と同様に、電子通過路形成部材３とは異なる材料で副Ｘ線発生面５が形成されていてもよい。

第一の例に係るアノード１６と同様に、電子通過路形成部材３は、両端が開口した電子通過路４を有し、電子通過路４の一端（電子放出源６側の端部の開口部）から電子が入射し、電子通過路４の他端側（電子放出源６と反対側）に設けられたターゲット１に電子が照射されてＸ線が発生する。電子通過路４は、ターゲット１よりも電子放出源６側では、電子線１１をターゲット１の電子線照射領域（Ｘ線発生領域）に導くための通過路になっている。電子通過路４は、電子放出源６側から見たときの形状が円形でも良いし、四角形や楕円形等適宜、選択することができる。また、電子通過路形成部材３は、ターゲット１に衝突して反射した電子を電子通過路４の副Ｘ線発生面５に衝突させ、副Ｘ線を発生させる機能も有している。

本例におけるターゲット部１７は、支持基板２上に導電層１９を設け、導電層１９上の中央領域にターゲット１を設けた構成をとる。図６において、ｄ１はターゲット１の径、ｄ２は電子通過路４の内径である。ターゲット部１７と電子通過路形成部材３は不図示のロウ材によりロウ付けされ、真空容器９（図１参照）の内部が真空維持されている。図６（ｂ）における破線より外側の領域の導電層１９は、ターゲット部１７と電子通過路形成部材３を一体化すると、電子通過路形成部材３によって覆われる。

電子放出源６から発生した電子線１１は、電子通過路形成部材３により形成された電子通過路４を介してターゲット１に衝突し、ターゲット１からＸ線１３が発生する。Ｘ線１３の一部はターゲット１の自己吸収により減衰し、更にＸ線透過窓を兼ねる支持基板２によっても減衰するが、これらの減衰の程度は少なく、実質上、許容される。ターゲット１の径ｄ１は、電子線１１の断面の径にほぼ等しいことが望ましい。

一方、ターゲット１に衝突した電子のうち、一部の電子は反射され、反射電子となって電子通過路４の内壁面に衝突し、内壁面から副Ｘ線を発生する。

副Ｘ線がターゲット部１７を透過するとき、導電層１９、支持基板２の２層を透過するものと、ターゲット１、導電層１９、支持基板２の３層を透過するものがある。ターゲット１は、電子を衝突させてＸ線を効率良く発生させる材料や厚さでなければならないので、使用条件に応じて最適化されていなければならない。一方、導電層６０は、電子が衝突してＸ線を発生させることがほとんどないため、本来の機能である導電性と、Ｘ線透過性を考慮すれば良い。但し、副Ｘ線のエネルギーは、ターゲット１から放出されるＸ線のエネルギーに比べて小さいため、導電層６０がターゲット１と同じ材質、同じ厚さであると、Ｘ線の吸収が大きくなり、充分に副Ｘ線を取り出すことができない場合がある。

導電層１９に用いるＸ線透過性の良い材料としては、軽元素が望ましく、例えばアルミ、チタン、窒化ケイ素、シリコン、グラファイト等を用いることができる。ターゲット１に比して質量の軽いこれらの元素を用いた場合の導電層１９の厚さは、０．１ｎｍ〜１μｍが好ましい。導電層１９の材料は、ターゲット１の材料と同じでも良い。導電層１９の材料がターゲット１の材料と同じ場合、導電層１９の厚さは、Ｘ線を透過させるために実質的に支障のない薄さであれば良い。一般的なターゲット１として通常用いられる原子番号２６以上の金属材料であっても、その厚さが薄ければ、Ｘ線の透過率が高いため、導電層１９として用いることができる。例えばタングステンを用いた場合には、０．１ｎｍ〜０．２μｍであれば、Ｘ線を僅かに遮る程度であり、軽元素の場合と同様に用いることができる。

また、本例では、支持基板２上に導電層１９、導電層１９上にターゲット１を設けているが、この順でなくても良く、ターゲット１上から支持基板２上に跨るように導電層６０を設けることもできる。

導電層１９上にターゲット１を設けた場合には、ターゲット１で覆われた領域における導電層１９の厚さを０．１ｎｍ〜０．１μｍとするのが好ましい。この範囲の厚さにすることでＸ線放射時の良好な線形性と出力安定性を確保できるからである。尚、導電層１９の厚さは、ターゲット１で覆われた領域以外では上記範囲でなくても良い。また、導電層１９とターゲット１とが同じ材料の場合には、ターゲット１で覆われた領域における導電層６０の厚さは上記範囲でなくても良い。

ターゲット１上に導電層１９を設けた場合には、ターゲット１を覆う領域の導電層１９の厚さを０．１ｎｍ〜０．１μｍとするのが好ましい。この範囲の厚さにすることで電子が導電層１９に直接衝突することにより発生するＸ線量が許容範囲以下になるからである。尚、導電層１９の厚さは、ターゲット１を覆う領域以外では電子が導電層１９に直接衝突しないため上記範囲でなくても良い。また、導電層１９とターゲット１が同じ材料の場合には、ターゲット１を覆う領域の導電層１９の厚さは上記範囲でなくても良い。

図７は、図６に示されるターゲット部１７の変形例に係るターゲット部１７の断面図及び平面図（ターゲット部１７をターゲット１側から見た図）である。

導電層１９の形状が異なること以外は、図６の例と同じである。支持基板２上の中央領域に導電層１９を設け、支持基板２上の中央領域以外の領域の一部にも中央領域から周縁に延びる導電層１９を設けている。また、支持基板２の中央領域に位置する導電層１９上にターゲット１を設けている。ターゲット１で覆われていない支持基板２上の周縁領域において、導電層１９はこの周縁領域の一部に設けられており、この周縁領域のその他の部分は、支持基板２の露出面になっている。

本例によれば、ターゲット１で覆われていない支持基板２の周縁領域において、導電層１９が覆っているのは一部だけであり、周縁領域の他の部分は支持基板２の露出面になっている。このため、この周縁領域における副Ｘ線の透過性が良好になる。従って、ターゲット１で発生した反射電子により発生する副Ｘ線も、効率良く取り出すことができる。これにより、Ｘ線発生効率を向上させることが可能となる。

次に、図８を用いて透過型Ｘ線発生管を備えた本発明のＸ線発生装置について説明する。図８は本実施形態のＸ線発生装置の構成図である。

まず、本発明に用いられる透過型Ｘ線発生管１０を備えたＸ線発生装置２４について説明する。Ｘ線発生装置２４は、外囲器２０の内部に、透過型Ｘ線発生管１０を収納している。外囲器２０には、Ｘ線取出し窓２１が備えられており、透過型Ｘ線発生管１０より放出されたＸ線は、Ｘ線取出し窓２１を透過して、Ｘ線発生装置２４外部に放出される。

外囲器２０の内部に透過型Ｘ線発生管１０を収納した余空間には絶縁性媒体２３が充填されていても良い。絶縁性媒体２３としては、例えば絶縁媒体及び透過型Ｘ線発生管１０の冷却媒体としての役割を有する電気絶縁油を用いるのが好ましい。電気絶縁油としては、鉱油、シリコーン油等が好適に用いられる。その他に使用可能な絶縁性媒体２３としては、フッ素系電気絶縁液体等が挙げられる。

また、外囲器２０の内部には、本実施形態のように不図示の回路基板及び絶縁トランス等から構成される電圧制御部２２を設けても良い。電圧制御部２２を設けた場合、例えば透過型Ｘ線発生管１０に、電圧制御部２２から電圧信号が印加されＸ線の発生を制御することができる。

以上、本実施形態によれば、透過型ターゲット１で発生するＸ線１４に加えて、透過型ターゲット１で発生した反射電子１２により発生するＸ線１５も取り出せるため、Ｘ線発生効率を向上させた透過型Ｘ線発生装置を実現できる。

（実施例１）
図１〜図３で説明したような透過型Ｘ線発生管１０を作成した。

高圧合成ダイヤモンドをターゲット１の支持基板２として用意した。高圧高温ダイヤモンドは、直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍのディスク状（円柱状）の形状である。予め、ＵＶ−オゾンアッシャにより、ダイヤモンドの表面にある有機物を除去した。

このダイヤモンド基板の一方の面上に、スパッタ法により、Ａｒをキャリアガスとして、あらかじめ、チタン層を形成し、その後、ターゲット１として８μｍの厚さのタングステン層を形成した。このようにして、ターゲット部１７を得た。

このターゲット部１７の周りにチタンを活性金属成分としたメタライズ層を形成し、その上に、銀、銅、チタンからなるろう材を付けた。

一方、電子通過路形成部材３としてタングステンの部材を用意し、ターゲット部１７の保持部及び電子通過路４を形成した。保持部の直径は５．３ｍｍ、電子通過路４の半径Ｒ及び電子通過路４の長さＺは、表１に条件１〜１８として示すごとくパラメータとして異なる値で作製した。

ろう材を付けたターゲット部１７を、上記のような形状に加工した電子通過路形成部材３にセットして、８５０℃で焼成し、アノード１６を作製した。

次に、図１に示すように、ターゲット部１７と電子通過路形成部材３を一体としたアノード１６を、電子放出源６を有する含侵型の熱電子銃をターゲット１と対向させて、電子線１１が電子通過路４の中に入るように位置決めした。そして、ゲッターを配置し、真空封止し、透過型Ｘ線発生管１０を作製した。

ターゲット部１７は、支持基板２とその表面に形成されたターゲット１により構成される。ターゲット１は、電子通過路形成部材３と電気的に導通している。ターゲット１は、支持基板２の電子放出源６側の面に配置されている。ターゲット１と電子放出源６の間には、電子通過路形成部材３が配置され、周囲を電子通過路形成部材３で囲むことにより、両端が開口した電子通過路４が形成されている。電子通過路形成部材３の内壁面は、副Ｘ線発生面５となっている。

また、比較のために、図１中の電子通過路形成部材３を設けない比較用透過型Ｘ線発生管も作製した（条件１９）。最後に本発明の効果を確認するため、透過型Ｘ線発生管１０及び比較用透過型Ｘ線発生管によって得られるＸ線量を測定した。このＸ線量の測定は電離箱方式の線量計で行った。透過型Ｘ線発生管１０及び比較用透過型Ｘ線発生管の駆動は、加速電圧が１００ｋＶで、電流が５ｍＡ、照射時間が１００ｍｓｅｃで行った。電子線の直径は、０．３ｍｍから２ｍｍの間で、電子レンズにより制御した。

表１は、比較用透過型Ｘ線発生管によって得られるＸ線量を１００としたときの条件１から条件１９までの透過型Ｘ線発生管１０のＸ線量を示している。表１に示されるように、条件１から条件１８（実施例）の全てにおいて、Ｘ線量が１０４〜１６４で、副Ｘ線の発生がない、電子通過路形成部材３のない条件１９（比較例）に対し、より多くのＸ線が得られた。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。

支持基板２は、実施例１と同様なダイヤモンド基板で、同様な処理をした。その後、ターゲット１として８μｍの厚さのモリブデン層を形成した。このようにして、ターゲット部１７を得た。尚、その他のターゲット部１７の構成は実施例１と同様である。

一方、電子通過路形成部材３としてモリブデン部材を用意し、実施例１と同様な寸法、形状とした。また、電子通過路４の半径Ｒと電子通過路の長さＺは、表２に従って、条件２０から条件３７の寸法とし、さらに、実施例１と同様にアノード１６を作製して、透過型Ｘ線発生管１０を完成させた。また、比較のために、図１中の電子通過路形成部材３を設けない比較用透過型Ｘ線発生管も作製した（条件３８）。この透過型Ｘ線発生管１０及び比較用透過型Ｘ線発生管のＸ線量の測定は電離箱方式の線量計で行った。

透過型Ｘ線発生管１０及び比較用透過型Ｘ線発生管の駆動は、加速電圧が４０ｋＶで、電流が５ｍＡ、照射時間が１００ｍｓｅｃで行った。電子線の直径は、０．３ｍｍから２ｍｍの間で、電子レンズにより制御した。

表２は、電子通過路形成部材３を設けない比較用透過型Ｘ線発生管によって得られるＸ線量を１００としたときの条件２０から条件３８までの透過型Ｘ線発生管１０のＸ線量を示している。表２に示されるように、条件２０から条件３７（実施例）の全てにおいて、Ｘ線量が１０３〜１５１で、副Ｘ線発生がしない電子通過路形成部材３のない条件３８（比較例）に対してより多くのＸ線が得られた。

（実施例３）
次に、実施例３について説明する。

支持基板２は、実施例１と同様なダイヤモンド基板で、同様な処理をした。その後、ターゲット１として８μｍの厚さのセリウム層を形成した。このようにして、ターゲット部１７を得た。尚、その他のターゲット部１７の構成は実施例１と同様である。

一方、電子通過路形成部材３としてセリウム部材を用意し、実施例１と同様な寸法、形状とした。また、電子通過路４の半径Ｒと長さＺは、表３に従って、条件３９及び条件４０の寸法で作製し、さらに、実施例１と同様にアノード１６を作製して、透過型Ｘ線発生管１０を完成させた。また、比較のために、図１中の電子通過路形成部材３を設けない比較用透過型Ｘ線発生管も作製した（条件４１）。この透過型Ｘ線発生管１０及び比較用透過型Ｘ線発生管のＸ線量の測定は電離箱方式の線量計で行った。

表３は、電子通過路形成部材３を設けない比較用透過型Ｘ線発生管によって得られるＸ線量を１００としたときの条件３９と条件４０の透過型Ｘ線発生管１０のＸ線量を示している。表３に示されるように、条件３９及び４０（実施例）におけるＸ線量が１５０及び１４３で、反射電子を受けることのできる電子通過路形成部材３のない条件４１（比較例）に対してより多くのＸ線が得られた。

（実施例４）
次に、実施例４を説明する。

支持基板２は、実施例１と同様なダイヤモンド基板で、同様な処理をした。その後、ターゲット１として８μｍの厚さのランタン層を形成した。このようにして、ターゲット１７を得た。尚、その他のターゲット部１７の構成は実施例１と同様である。

一方、電子通過路形成部材３としてランタン部材を用意し、電子通過路４の半径Ｒと長さＺは表４に従って、条件４２及び条件４３の寸法で作製し、さらに、実施例１と同様にアノード１６を作製して、透過型Ｘ線発生管１０を完成させた。また、比較のために、図１中の電子通過路形成部材３を設けない比較用透過型Ｘ線発生管も作製した（条件４４）。この透過型Ｘ線発生管１０及び比較用透過型Ｘ線発生管のＸ線量の測定は電離箱方式の線量計で行った。

表４は、電子通過路形成部材３を設けない比較用透過型Ｘ線発生管によって得られるＸ線量を１００としたときの条件４２と条件４３の透過型Ｘ線発生管１０のＸ線量を示している。表３に示されるように、条件４２及び４３（実施例）におけるＸ線量が１５１及び１４４で、反射電子を受けることのできる電子通過路形成部材３のない条件４４（比較例）に対してより多くのＸ線が得られた。

（実施例５）
次に、実施例５について説明する。

本実施例では、図４に示すように、電子通過路４の断面積を、ターゲット１に向かって連続的に拡大したものとした。また、電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁面は、副Ｘ線発生面５となっている。尚、電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁面の少なくとも一部が副Ｘ線発生面５となっていれば良く、その他は実施例１と同様である。尚、電子通過路４の半径Ｒは１ｍｍ、電子通過路４の長さＺは１１ｍｍとした。

透過型Ｘ線発生管１０を完成後、Ｘ線量の測定を電離箱方式の線量計で行った。透過型Ｘ線発生管１０の駆動は、加速電圧が１００ｋＶで、電流が５ｍＡ、照射時間が１００ｍｓｅｃで行った。電子線の直径は、０．３ｍｍから２ｍｍの間で、電子レンズにより制御した。

その結果、実施例１で作成した比較用透過型Ｘ線発生管に対してより多くのＸ線が得られた。

（実施例６）
本実施例では、図６に示すようなアノード１６とした。アノード１６は、Ｘ線透過窓を兼ねる支持基板２と、導電層１９と、ターゲット１と、電子通過路形成部材３とで構成されている。導電層１９は、電子線１１がターゲット１に照射され、電子によるターゲット部１７のチャージアップを防ぐ目的で設けられている。また、導電層１９を介してターゲット１に電圧を供給することもできる。

本実施例で用いられるターゲット１及び電子通過路形成部材３の材料や形状は実施例１と同じである。尚、電子通過路４の８の半径Ｒは１ｍｍ及び電子線導入孔の長さＺは１１ｍｍとした。

１：透過型ターゲット（ターゲット）、２：支持基板、３：電子通過路形成部材、４：電子通過路、５：副Ｘ線発生面

Claims

周囲を電子通過路形成部材で囲むことにより形成された電子通過路を有し、
前記電子通過路を介して電子を透過型ターゲットに照射してＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生装置であって、
前記透過型ターゲットは、照射された電子の一部を反射し、
前記電子通過路内に電子の照射によりＸ線を生じる副Ｘ線発生面を有し、
前記副Ｘ線発生面と前記透過型ターゲットとは、前記透過型ターゲットに直接電子が照射されることにより発生するＸ線と、前記副Ｘ線発生面に前記透過型ターゲットで反射された電子が照射されることにより発生するＸ線とが重畳されて外部に取出し可能となるように配置され、
前記透過型ターゲットの構成材料と、前記電子通過路形成部材の少なくとも前記副Ｘ線発生面の構成材料とが、原子番号が４０以上の同じ材料であることを特徴とする透過型Ｘ線発生装置。
前記電子通過路の長さｚと半径Ｒの関係が２≦Ｚ／Ｒ≦２０であることを特徴とする請求項１に記載の透過型Ｘ線発生装置。
前記電子通過路の長さｚと半径Ｒの関係が４≦Ｚ／Ｒ≦２０であることを特徴とする請求項１に記載の透過型Ｘ線発生装置。
前記透過型ターゲットと前記電子通過路形成部材の構成材料が、Ｍｏ、Ｗ、ランタノイドのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の透過型Ｘ線発生装置。